Beyond 5G

멀티미디어 스트리밍, 사물 인터넷, 클라우드 컴퓨팅과 같은 고대역폭 애플리케이션에 대한 수요가 기하급수적으로 증가하면서 무선 환경에서 고대역폭의 안정적인 링크를 제공하는 새로운 기술 개발의 필요성이 대두되었습니다. 이러한 성장은 최근 코로나19로 인해 전 세계 수천 개의 학교와 기업이 운영을 온라인으로 전환하면서 더욱 가속화되었습니다. 고속 무선 기술은 연결성 향상이라는 문제를 해결하는 데 있어 점점 더 중요한 요소가 될 것입니다. 이 문제를 해결하기 위해 새롭게 등장하는 5G 및 계획 중인 6G 무선 플랫폼은 광대역에 필요한 초당 1테라비트(^1012비트 ) 데이터 속도를 달성하기 위해 100기가헤르츠(GHz)~1테라헤르츠(THz) 범위의 주파수를 점진적으로 더 많이 사용하게 될 것입니다. 예를 들어, 최근 보고서에서 다음과 같이 언급했습니다: "THz 대역이 차세대 무선 통신인 6G를 위한 약속의 땅이 된 것은 놀라운 일이 아니다."라고 말합니다. [링크]

그림 1: EM 스펙트럼에서 테라헤르츠 영역의 위치

6G 주파수에서 디바이스, 회로, 재료 및 무선 아키텍처를 개발하려면 테라헤르츠 영역에서 작동하고 재료 및 시스템 특성화에 최적화된 테스트 및 측정 장비가 필요합니다. 예를 들면 다음과 같습니다:

• 사무실, 야외, 대형 공연장, 다양한 주변 환경 조건 등 다양한 환경 조건에서 6G 신호의 가시선 및 비가시선 전파를 이해합니다.
• 이러한 환경에서 다양한 물질의 흡수 및 분산을 측정합니다.
• 6G 디바이스 및 회로, 지능형 빔 스티어링 플랫폼 및 6G 아키텍처의 다른 측면에서 재료의 유전체 특성을 특성화합니다.

그림 3: 유전체 메커니즘

벡터 네트워크 분석기(VNA)를 기반으로 하는 기존 측정 시스템은 최대 100 GHz까지만 연속 주파수 커버리지를 제공하며, 그 이후에는 제한된(대역별) 커버리지를 제공합니다. 이러한 시스템은 서로 다른 주파수 대역 간에 연결된 데이터의 위상과 관련된 수량을 측정할 때 오류가 발생하기 쉽습니다. 또한 작은 샘플의 크기와 형상으로 인해 발생하는 오류에 취약합니다. 예를 들어, 정재파의 간섭으로 인해 VNA는 많은 경우 두꺼운(> ~7 mm) 시료의 연구에만 제한됩니다.

TeraView’s 6GSolve system, provides the solution to these challenges. Using time domain measurements that continuously and simultaneously cover frequencies in the ~30 GHz-3 THz band with high dynamic range,  this technology has been successfully used to characterise the propagation properties of 6G signals and the dielectric properties of a wide range of materials.  Moreover, samples as thin as < 100 µm can be characterised using the TeraPulse system.

이 시스템은 투과(_S12) 또는 반사(_S11) 모드에서 유전율의 실수 및 허수 부분과 재료의 손실 탄젠트에 대한 정보를 제공합니다.사무용 재료, 그래핀, ^테프론® 및 다양한 메타 재료를 포함한 다양한 재료의 복잡한 전도도를 비접촉식으로 측정할 수 있습니다.

Figure 4: TeraPulse Lx Core Unit used in 6GSolve

As the pioneer in the commercialisation and development of terahertz systems, TeraView is in a unique position to provide 6G test & measurement solutions and systems. TeraView has over 3 decades of experience working at 6G frequencies, resulting in over 100 peer reviewed publications, which is made available to our customers in terms of on-going, collaborative support and ventures.  TeraView is interested in working directly with customers and collaborators to develop 6G devices, systems and architecture.

6GSolve는 휴대용 모듈식 시스템으로, 30 GHz ~ 3 THz 범위의 자유 공간 테라헤르츠 펄스를 사용하여 테스트 및 측정을 위한 유연성과 확장성을 모두 제공합니다.사용자가 교체할 수 있는 Plug & Play 모듈로 측정을 쉽게 재구성하거나 확장할 수 있습니다.모든 시스템에는 TeraView의 특허 받은 레이저 게이트 광 전도성 이미터 및 리시버와 특허 받은 광학 지연 라인/단일 레이저 시스템이 포함되어 있어 공통 모드 제거를 통해 위상 지터를 최소화합니다.

이 시스템은 넓은 주파수 범위와 전례 없는 안정성을 제공하기 위해 Calmar Laser에서 공급하는 초고속(90 fs) 레이저로 구동됩니다.

The system includes TeraView’s TeraPulse core unit, which has an extensive track record of operation in the field in different applications. Transmission (S₁₂) and reflection (S₁₁) measurements in free space are supported via an easily configurable sample mount for the device under test (DUT), illustrated below in figure 5.

이 시스템은 DUT를 장착하면 바로 _S12 및 _S11 측정을 수행할 수 있도록 설계되었습니다.

그림 5: S12 및 S11 자유 공간 측정을 위한 사용자 구성 가능 모듈

6GSolve 시스템은 다음과 같이 구성됩니다:

• 가볍고 휴대가 간편한 핵심 TeraPulse 장치로, 탁상용 (433 x 450 x 222 mm) 형태로 제공.
• 구성 가능한 투과(예: _S12) 또는 반사(예: _S11) 측정을 위한 원격 헤드(이미터 및 리시버, 코어 유닛에서 최대2.8m까지 위치).
• 투과 및 반사 측정을 위해 이미터 및 리시버 빔 경로를 조작할 수 있는 자유 공간 s-파라미터 모듈
• 복잡한 유전체 및 전도도에 대한 정확한 정보를 반환하도록 최적화된 소프트웨어 패키지
• 0.1 ~ 7 mm 샘플 두께

TeraView 고객이 ^Teflon® 과 관련된 새로운 유형의 플루오로폴리머의 주파수 응답을 특성화하고자 했습니다. 테프론은 컴퓨터 케이블, 스마트 기기, 웨어러블 및 인쇄 회로 기판에 광범위하게 사용되기 때문에 6G의 핵심 소재입니다. 우수한 유전체 특성과 낮은 손실 계수로 초고주파 및 고속 성능을 제공합니다. 고객은 '테프론 소재를 1 THz까지 특성화하고, 주어진 주파수 및 1, 2차 고조파에서 소재를 테스트하기 위한 유전체 테스트 시스템이 필요했다'고 말했습니다. 기존 VNA 시스템에 대해서는 '사용하기가 번거롭고 각 주파수 범위마다 테스트 픽스처를 변경해야 합니다.우리는 픽스처 변경 없이 광범위한 주파수를 처리하는 장비를 원합니다'라고 고객은 말했습니다.

The customer approached TeraView because they were aware that a terahertz time domain systems (TDS) was a possible solution to provide continuous coverage without the need for change of test fixtures. Results are shown which plot the dielectric constant, ε’, against frequency for transmission through Teflon samples using both third party VNA and TeraView solutions. 

VNA 시스템의 제한된(대역별) 주파수 커버리지와 이 경우 테플론에 결합하기 위해 도파관 구조를 사용해야 하므로 사용 가능한 주파수가 더욱 줄어들기 때문에 VNA 데이터(그래프의 개별 포인트 참조)는 극히 제한적입니다.

반면, TeraView의 기술은 이러한 제한이 없으며 ~ 30 GHz - 3  THz 이상의 데이터를 연속적으로 표시할 수 있습니다. 또한 테스트 장비를 쉽게 구현할 수 있기 때문에 이 접근법은 온도를 포함하여 재료 성능에 영향을 미치는 광범위한 파라미터를 연구하는 데 사용할 수 있습니다. 아래 예에서는 테프론 유전 상수 ε'의 온도 의존성을 보여 주지만 VNA 기반 시스템에서는 이것이 불가능했습니다.

그림 6: 유전 상수 ε'(Du Pont 2015 데이터 포함)